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2022高考化学一轮复习教案：第6章 第5讲 电解原理及应用
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这是一份2022高考化学一轮复习教案：第6章 第5讲 电解原理及应用，共19页。
第5课时 必备知识——电解原理及应用
知识清单
[基本规律]①电解池的工作原理；②利用惰性电极电解电解质溶液的规律；③电解质溶液的复原规律
[重要应用]①电解饱和食盐水；②电镀；③电冶金
知识点1 电解池的构成及工作原理
1．电解和电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：将电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
(1)电极名称及电极反应式(以电解CuCl2溶液为例)
电解总反应的离子方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。
(2)电极名称的判断
①阴极：与电源负极相连，得到电子，发生还原反应。
②阳极：与电源正极相连，失去电子，发生氧化反应。
金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。
(3)电子和离子的移动方向
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液，简单概括为“电子不下水，离子不上线”。
(4)电解池的工作原理图解
3.电解池中电极反应式的书写
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
4.利用惰性电极电解电解质溶液的四种类型
类型
电解质
(水溶液)
电极反应式
总化学
(或离子)方程式
电解质
溶液浓度
溶液
pH
电解质
溶液复原
电解
水型
含氧酸
(如H2SO4)
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
减小
加H2O
强碱
(如NaOH)
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
增大
加H2O
活泼金属的含
氧酸盐(如KNO3、
Na2SO4)
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
不变
加H2O
电解
电解
质型
无氧酸(如HCl，除HF外)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
2HClCl2↑＋H2↑
减小
增大
通入HCl
气体
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2，氟化物除外)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
CuCl2_Cu＋Cl2↑
减小
—
加CuCl2
放H2
生碱型
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
生成新
电解质
增大
通入HCl
气体
放O2
生酸型
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
生成新
电解质
减小
加CuO
或CuCO3
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程，是化学变化(√)
(2)直流电源跟电解池的电极连接后，电子从电源负极流向电解池阳极(×)
(3)电解时，溶液中阴离子一定在阳极发生氧化反应(×)
(4)电解时，电解质溶液中阳离子移向阳极，阴离子移向阴极(×)
(5)电解时，经过溶液的电子与电路中电子数目相同(×)
(6)(2020.7·浙江选考)电解MgCl2水溶液：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑(×)
[通关2] (2021·宁夏青铜峡检测)Cu2O是一种半导体材料，制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )
A．铜电极发生还原反应
B．石墨电极上产生氢气
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
B [根据电解总反应可知，Cu发生氧化反应生成Cu2O，则铜电极是阳极，A项错误；石墨是阴极，电极反应式为2H2O＋2e—===2OH—＋H2↑，电极上产生H2，B项正确；铜电极是阳极，连接直流电源的正极，C项错误；生成1 mol Cu2O转移2 mol 电子，故有0.1 mol 电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D项错误。]
[通关3] (2020·北京平谷区检测)某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分析完全正确的是( )
选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子
B [电子从电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子Q移向阴极a。]
[通关4] (2020·全国卷Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是( )
A．Ag为阳极
B．Ag＋由银电极向变色层迁移
C．W元素的化合价升高
D．总反应为WO3＋xAg===AgxWO3
C [根据图示及信息，Ag失去电子转化为Ag＋，Ag 为阳极，A项正确；通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，B项正确；转化过程中，WO3转化为AgxWO3，W的化合价降低，C项错误；根据题意，总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，D项正确。]
[通关5] (深度思考)结合电解原理，按要求书写电极反应式和总反应方程式：
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式：_____________________________________________；
阴极反应式：________________________________________________；
总反应离子方程式：_________________________________________________。
(2)用Al作电极电解NaOH溶液
阳极反应式：___________________________________________________________；
阴极反应式：__________________________________________________________；
总反应离子方程式：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：______________________________________________________；
阴极反应式：_______________________________________________________；
总反应方程式：_________________________________________________。
(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为___________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。
解析 (4)电镀时，镀件作阴极，即钢制品作阴极，接电源负极，根据阴极生成Al可知反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl。若改用AlCl3水溶液作电解液，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，产物为H2。
答案 (1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
(4)负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2
知识点2 电解原理的应用
1．氯碱工业
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
(2)总反应式
①化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气图解
装置
离子交换膜电解槽
阳极
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极
碳钢网
阳离子
交换膜
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2.电镀与电解精炼
电镀
电解精炼铜
示意图
电极反应
阳极
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋等
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液的浓度变化
CuSO4溶液的浓度不变
CuSO4溶液的浓度略变小
3.电冶金
电解总反应方程式
电极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
阳极：6O2－－12e－===3O2↑，
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液(√)
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(×)
(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(×)
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3(×)
(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(√)
(6)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序：H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌(×)
[通关2] (2020.1·浙江选考)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如图，下列说法不正确的是( )
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl溶液从a处进，浓NaOH溶液从d处出
D．OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量
D [由图可知，电极A产生Cl2，发生氧化反应，则电极A是阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；电极B是阴极，电极反应式为2H2O＋2e—===2OH—＋H2↑，为维持电解质溶液呈电中性，且得到NaOH溶液，Na＋通过离子交换膜向右侧移动，则应为阳离子交换膜，B项正确；由上述分析可知，饱和NaCl溶液从a处进，较浓NaOH溶液从d处流出，C项正确；由B项分析可知，Na＋透过离子交换膜向右迁移，OH－不能透过，D项错误。]
[通关3] (2021.7·浙江选考)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是( )
A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
A [溶液呈碱性，不能产生CO2，A项错误；RCOO－在阳极放电，化合价升高，发生氧化反应，B项正确；水电离产生的H＋在阴极得电子产生H2，其电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C项正确；RCOO－转化为R－R可以理解为脱去一个C和两个O，产生R—，继而产生R—R，故CH3COONa、CH3CH2COONa溶液中的CH3COO－、CH3CH2COO－，脱去一个C和两个O后，产生CH3—，CH3CH2—，继而产物可能是乙烷、丙烷、丁烷，D项正确。]
[通关4] (2020·山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
D [A项，根据题图可知a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。]
[通关5] (2021·湖南湘潭检测)利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是( )
A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
D [氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极上粗铜溶解，阴极上Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，电解质溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。]
训练(三十一) 电解原理及应用
1．(2021·陕西洛南中学检测)用石墨作电极，电解U形管中的饱和NaCl溶液(滴有酚酞溶液)，装置如图。下列叙述正确的是( )
A．通电后，NaCl发生电离
B．通电一段时间后，阳极附近溶液先变红
C．当阳极生成0.1 mol 气体时，整个电路中转移0.1 mol电子
D．电解饱和食盐水的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
D [NaCl溶于水时，在水分子作用下发生电离，不需要通电，A项错误；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，产生黄绿色气体，阳极附近溶液不变红，B项错误；阳极上生成0.1 mol Cl2时，电路中转移0.2 mol电子，C项错误；电解饱和食盐水时，阳极上析出Cl2，阴极上析出H2，电解总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，D项正确。]
2．(2021·河北武邑中学检测)下列关于如图装置说法中正确的是( )
A．保护铁时，a极为铁片，b极为锌片
B．电镀铜时，a极为镀件，b极为纯铜
C．精炼铜时，a极为粗铜，b极为纯铜
D．用石墨电解饱和食盐水时，b极有黄绿色气体产生
C [电解池中活性电极作阳极被腐蚀，阴极受到保护，故保护铁时，b极为铁片，A错误；电镀铜时，镀层铜作阳极，镀件作阴极，故a极为纯铜，b极为镀件，B错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，故a极为粗铜，b极为纯铜，C正确；用石墨电解饱和食盐水时，b极是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，产生无色无味的气体，D错误。]
3．(2020·北京海淀区一模)利用太阳能电解水制H2是解决能源危机的重要方向。采用固体氧化还原调节剂作为离子交换体系，实现H2、O2分离。下列分析正确的是( )
A．左侧电解池应选用酸性溶液，a极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．b极反应式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
C．c为阳极，发生氧化反应
D．电解一段时间后，可将b、c对调，循环利用物质
D [根据图示，左侧电解池应选用碱性溶液，连接电源负极的为阴极，则a为阴极，阴极发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项错误；连接电源负极的为阴极，则a为阴极，b为阳极，阳极失电子发生氧化反应，故电极反应方程式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，B项错误；连接电源正极的为阳极，则d为阳极，c为阴极，阴极发生还原反应，C项错误；b电极发生的反应Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，c电极发生的反应为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，故电解一段时间后，可将b、c对调，循环利用，D项正确。]
4．(2021·安徽“皖南八校”联考)用石墨电极完成下列电解实验。
实验装置
实验现象
a处试纸变蓝； b处变红，局部褪色；
c处无明显变化； d处试纸变蓝
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A．a为电解池的阴极
B．b处有氯气生成，且与水反应生成了盐酸和次氯酸
C．c处发生了反应：Fe－3e－=== Fe3＋
D．d处：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C [该装置是两个电解池的串联装置，a极与电池的负极相连，则a是电解池的阴极，A项正确；根据电池的连接方式可知，a、d是阴极，b、c极是阳极，b极的反应式为2Cl－－2e－=== Cl2↑，b处变红，局部褪色，说明Cl2与水反应生成了盐酸和次氯酸，B项正确；c极是阳极，电极反应式为Fe－2e－=== Fe2＋ ，C项错误；d处是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，溶液呈碱性而使pH试纸变蓝，D项正确。]
5．(2021·江西赣州七校联考)下列关于如图装置说法正确的是( )
A．装置中电子移动的途径是：负极→Fe→M溶液→石墨→正极
B．若M为NaCl溶液，通电一段时间后，溶液中可能有NaClO
C．若M为FeCl2溶液，可以实现石墨上镀铁
D．若M是海水，该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”使铁不被腐蚀
B [装置中电子移动的途径：负极→Fe电极，然后是溶液中的阴离子在阳极(石墨)放电→电源的正极，A项错误；若M为NaCl溶液，通电一段时间后，阳极产生Cl2，溶液中的NaOH与阳极产生的Cl2发生反应生成NaCl和NaClO，所以溶液中可能有NaClO，B项正确；若M为FeCl2溶液，在阳极，溶液中的Fe2＋失去电子变为Fe3＋，所以不可能实现石墨上镀铁，C项错误；若M是海水，该装置是电解池，是通过外加电流的阴极保护法使铁不被腐蚀，不是通过“牺牲阳极的阴极保护法”，D项错误。]
6．(2021·山东日照实验中学检测)铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的天然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高，工业中以铝为阳极，置于硫酸溶液中电解，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．阳极电极反应式为2Al－6e－＋6OH－===Al2O3＋3H2O
B．随着电解的进行，溶液的pH逐渐增大
C．当阴极生成气体3.36 L(标准状况)时，阳极增重2.4 g
D．电解过程中H＋移向铝电极
C [A项，硫酸溶液显酸性，阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋；B项，阴极反应式为6H＋＋6e－===3H2↑，电解过程中H2O减少，pH减小；D项，电解过程中H＋移向阴极(石墨极)。]
7．(2021·天津静海区四校联考)如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电能力顺序，都可能在阳极放电。下列分析正确的是( )
A．C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．C1电极处溶液首先变黄色
C．C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，2Cl－－2e－===Cl2↑
D．每当C1电极上有2 g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液
C [C1电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A项错误；C1电极处氢离子放电，溶液碱性增强，溶液不会变成黄色，B项错误；C2电极与电源的正极相连，作阳极，亚铁离子的还原性强于氯离子，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，C项正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液，D项错误。]
8．(2021·山东泰安一中检测)现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol/L的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．电解开始时阴极有H2放出
B．电解开始时阳极上发生：Cu2＋＋2e－===Cu
C．整个电解过程中，SO不参与电极反应
D．当电路中通过电子的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化
C [由于阳离子的氧化性：Cu2＋>H＋，电解开始时，Cu2＋先在阴极放电，故阴极上有Cu析出，A项错误；由于阴离子的还原性：Cl－>OH－>SO，则电解开始阶段阳极上Cl－放电，电极反应式为2Cl－－2e－=== Cl2↑，B项错误；由于还原性：Cl－>OH－>SO，整个电解过程中，阳极上Cl－、OH－先后放电，SO不能放电，故SO不参与电极反应，C项正确；混合液中含有0.1 mol HCl和0.1 mol CuSO4，阴极上先发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过0.1 mol电子时，消耗0.05 mol Cu2＋，混合液中还剩余0.05 mol Cu2＋，故通过电子的量超过0.1 mol时，阴极放电的离子未发生变化，D项错误。]
9．(2021·四川攀枝花检测)高铁酸盐在环保能源领域有广泛的用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示。下列推断合理的是( )
A．Fe电极是阳极，电极反应式Fe＋4H2O－6e－===FeO＋8H＋
B．电解时电子流向：负极→Ni电极→电解液→Fe电极→正极
C．若隔膜为阴离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中含有FeO
D．电解时阳极区pH减小、阴极区pH增大，撤去隔膜，溶液混合后，与原溶液相比，pH减小(忽略体积变化)
D [利用该电解装置制备Na2FeO4，Fe电极与直流电源的正极相连，则Fe电极是阳极，由于电解质溶液是NaOH溶液，故阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，A项错误；电子只在电极和导线上流动，不能进入电解质溶液，B项错误；阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，若隔膜为阴离子交换膜，为维持电解质溶液呈电中性，阴极产生的OH－通过隔膜向右侧移动，故电解结束后右侧溶液中含有FeO，C项错误；电解时阳极消耗OH－，阴极生成OH－，则阳极区pH减小、阴极区pH增大；据得失电子守恒可知，转移电子相等时，阳极消耗OH－比阴极生成OH－要多，撤去隔膜，溶液混合后，溶液的碱性减弱，则与原溶液相比，pH减小，D项正确。]
10．(2021·辽宁沈阳六校联考)海水提取金属锂的装置如图所示，工作时，在电极c依次检测到两种气体。下列说法正确的是( )
A．电子的流向：电极d→电极b→电极a→电极c
B．离子交换膜为质子交换膜
C．丁基锂可用LiNO3水溶液代替
D．若导线中转移1 mol电子，则电极c产生气体的质量在8 g和35.5 g之间
D [海水中含有Cl－、OH－、SO等阴离子，工作时，在电极c依次检测到两种气体，这两种气体应为Cl2和O2，则电极c是阳极，电极a是正极，故电子的流向：电极b→电极d，电极c→电极a，A项错误；海水中的Li＋通过离子交换膜进入丁基锂，并在电极d发生还原反应生成锂，则离子交换膜是阳离子交换膜，B项错误；电极d发生的反应是Li＋＋e－===Li，Li与水反应生成LiOH和H2，故丁基锂不能用LiNO3水溶液代替，C项错误；电极c上发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，转移1 mol电子时，若只析出Cl2，可得到0.5 mol Cl2，质量为35.5 g；若只析出O2，可得到0.25 mol O2，质量为8 g，由于c极得到Cl2和O2混合气体，故气体的质量介于8 g和35.5 g之间，D项正确。]
11．(2021·福建三明质检)锂钒氧化物二次电池成本较低，且对环境无污染，其充放电的反应方程式为V2O5＋xLiLixV2O5。下图为用该电池电解含镍酸性废水制取单质镍的装置。下列说法正确的是( )
A．该电池充电时，负极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋
B．该电池可以用LiCl水溶液作电解质溶液
C．当电池中有7 g Li参与放电时，能得到59 g Ni
D．电解过程中，NaCl溶液的浓度会不断增大
D [锂钒氧化物电池充电时，负极连接外加电源的负极作电解池的阴极，发生的电极反应式为Li＋＋e－===＋Li，A项错误；Li是活泼金属，能与水反应，故该锂钒氧化物电池不能用LiCl水溶液作电解质溶液，B项错误；该电池放电时，负极反应式为Li－e－===Li＋，有7 g Li(即1 mol)参与放电时，电路中转移1 mol电子；镀镍铁棒发生的反应为Ni2＋＋2e—===Ni，通过1 mol电子时析出0.5 mol Ni，其质量为0.5 mol×59 g/mol＝29.5 g，C项错误；电解过程中，阴极区Cl－透过阴离子膜向NaCl溶液中迁移，阳极区Na＋透过阳离子膜向NaCl溶液中迁移，故NaCl溶液的浓度不断增大，D项正确。]
12．(2021·山东菏泽期初调研)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，是一种强还原剂。工业常用惰性电极电解亚硫酸氢钠的方法制备连二亚硫酸钠，原理装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．b电极应该接电源的负极
B．装置中所用离子交换膜为阴离子交换膜
C．电路中每转移1 mol e－消耗SO2的体积为11.2 L
D．a电极的电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O
D [由装置图中物质转化关系可知，左边由 NaHSO3得到电子转化为Na2S2O4，右边由SO2失去电子转化为H2SO4，所以a电极接电源的负极，b电极接电源的正极，A项错误；a电极的反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，b电极的反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，所以装置中离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；由电极反应式可知，每转移1 mol e－消耗0.5 mol SO2，但没有给出气体的温度和压强，所以SO2气体的体积无法计算，C项错误；a电极的电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，D项正确。]
13．(2021·黑龙江哈尔滨六中检测)氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀，可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去Cl－，装置如图，下列说法错误的是( )
A．钢筋接电源的正极
B．金属导电网上发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．混凝土中的钙离子向钢筋方向移动
D．电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大
A [由Cl－移动的方向可知钢筋接电源的负极，A项错误；金属导电网为阳极，发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B项正确； 混凝土一端为阴极，钙离子为阳离子，所以向钢筋方向移动，C项正确；钢筋附近发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大，D项正确。]
14．(2021·江西九江六校联考)最近某科研小组创建了一种通过连续电解将能量储存为化学能的装置。在氧化钇基质的阳极和二氧化钛涂覆的钛阴极之间是可通过H＋的固体聚合物电解质，其结构如图所示。下列说法正确的是( )
A．电源的b极为负极
B．在能量转化过程中，固体电解质中H＋由阴极向阳极移动
C．阴极的电极反应式为：OX＋4H＋＋4e－===GC＋H2O
D．为增强阳极电解液导电性，可在水中添加适量盐酸或NaCl
C [右侧电极发生氧化反应生成O2，该电极为阳极，则b极为电源的正极，A项错误；电解池中阳离子向阴极移动，则固体电解质中H＋由阳极向阴极移动，B项错误； 阴极上OX发生还原反应生成GC，电极反应式为OX＋4H＋＋4e－===GC＋H2O，C项正确；阳极电解液中添加适量盐酸或NaCl，Cl－在阳极放电生成有毒气体Cl2，易污染环境，D项错误。]
15．(1)(2020·全国卷Ⅱ，26(1))氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许______离子通过，氯气的逸出口是________(填标号)。
(2)(2020·全国卷Ⅱ，28(3))CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：
①阴极上的反应式为______________________。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。
解析 (1)根据图示，电解食盐水制备氯气时，阳极产生氯气，从a口逸出，阴极产生OH－，为了防止阴极产生的OH－与阳极产生的Cl2反应，中间的离子交换膜只允许Na＋通过，即为阳离子交换膜；(2)①根据图示，阴极反应物为CO2，电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－；②阳极反应式为6CH4＋5O2－－10e－===CH3CH3＋2C2H4＋5H2O；根据电子守恒，6CH4～10e－～5CO2，消耗的CH4与CO2体积之比为6∶5。
答案 (1)Na＋ a (2)①CO2＋2e－===CO＋O2－ ②6∶5
16．(1)(2019·全国卷Ⅱ，27(4))环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为________，总反应为________________________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为__________________________________________。
(2)(2019·全国卷Ⅲ，28(4))在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：
负极区发生的反应有___________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
解析 (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总反应方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
(2)由题图知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗 mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L/mol＝5.6 L。
答案 (1)Fe电极 Fe＋2===＋H2↑[或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
(2)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
第5课时 必备知识——电解原理及应用
知识清单
[基本规律]①电解池的工作原理；②利用惰性电极电解电解质溶液的规律；③电解质溶液的复原规律
[重要应用]①电解饱和食盐水；②电镀；③电冶金
知识点1 电解池的构成及工作原理
1．电解和电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：将电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
(1)电极名称及电极反应式(以电解CuCl2溶液为例)
电解总反应的离子方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。
(2)电极名称的判断
①阴极：与电源负极相连，得到电子，发生还原反应。
②阳极：与电源正极相连，失去电子，发生氧化反应。
金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。
(3)电子和离子的移动方向
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液，简单概括为“电子不下水，离子不上线”。
(4)电解池的工作原理图解
3.电解池中电极反应式的书写
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
4.利用惰性电极电解电解质溶液的四种类型
类型
电解质
(水溶液)
电极反应式
总化学
(或离子)方程式
电解质
溶液浓度
溶液
pH
电解质
溶液复原
电解
水型
含氧酸
(如H2SO4)
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
减小
加H2O
强碱
(如NaOH)
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
增大
加H2O
活泼金属的含
氧酸盐(如KNO3、
Na2SO4)
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
不变
加H2O
电解
电解
质型
无氧酸(如HCl，除HF外)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
2HClCl2↑＋H2↑
减小
增大
通入HCl
气体
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2，氟化物除外)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
CuCl2_Cu＋Cl2↑
减小
—
加CuCl2
放H2
生碱型
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
生成新
电解质
增大
通入HCl
气体
放O2
生酸型
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
生成新
电解质
减小
加CuO
或CuCO3
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程，是化学变化(√)
(2)直流电源跟电解池的电极连接后，电子从电源负极流向电解池阳极(×)
(3)电解时，溶液中阴离子一定在阳极发生氧化反应(×)
(4)电解时，电解质溶液中阳离子移向阳极，阴离子移向阴极(×)
(5)电解时，经过溶液的电子与电路中电子数目相同(×)
(6)(2020.7·浙江选考)电解MgCl2水溶液：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑(×)
[通关2] (2021·宁夏青铜峡检测)Cu2O是一种半导体材料，制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是( )
A．铜电极发生还原反应
B．石墨电极上产生氢气
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
B [根据电解总反应可知，Cu发生氧化反应生成Cu2O，则铜电极是阳极，A项错误；石墨是阴极，电极反应式为2H2O＋2e—===2OH—＋H2↑，电极上产生H2，B项正确；铜电极是阳极，连接直流电源的正极，C项错误；生成1 mol Cu2O转移2 mol 电子，故有0.1 mol 电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D项错误。]
[通关3] (2020·北京平谷区检测)某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分析完全正确的是( )
选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子
B [电子从电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子Q移向阴极a。]
[通关4] (2020·全国卷Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是( )
A．Ag为阳极
B．Ag＋由银电极向变色层迁移
C．W元素的化合价升高
D．总反应为WO3＋xAg===AgxWO3
C [根据图示及信息，Ag失去电子转化为Ag＋，Ag 为阳极，A项正确；通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，B项正确；转化过程中，WO3转化为AgxWO3，W的化合价降低，C项错误；根据题意，总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，D项正确。]
[通关5] (深度思考)结合电解原理，按要求书写电极反应式和总反应方程式：
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式：_____________________________________________；
阴极反应式：________________________________________________；
总反应离子方程式：_________________________________________________。
(2)用Al作电极电解NaOH溶液
阳极反应式：___________________________________________________________；
阴极反应式：__________________________________________________________；
总反应离子方程式：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：______________________________________________________；
阴极反应式：_______________________________________________________；
总反应方程式：_________________________________________________。
(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为___________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。
解析 (4)电镀时，镀件作阴极，即钢制品作阴极，接电源负极，根据阴极生成Al可知反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl。若改用AlCl3水溶液作电解液，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，产物为H2。
答案 (1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
(4)负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2
知识点2 电解原理的应用
1．氯碱工业
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
(2)总反应式
①化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气图解
装置
离子交换膜电解槽
阳极
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极
碳钢网
阳离子
交换膜
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2.电镀与电解精炼
电镀
电解精炼铜
示意图
电极反应
阳极
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋等
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液的浓度变化
CuSO4溶液的浓度不变
CuSO4溶液的浓度略变小
3.电冶金
电解总反应方程式
电极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
阳极：6O2－－12e－===3O2↑，
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
[通关1] (易错排查)判断正误
(1)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液(√)
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(×)
(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(×)
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3(×)
(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(√)
(6)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序：H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌(×)
[通关2] (2020.1·浙江选考)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如图，下列说法不正确的是( )
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl溶液从a处进，浓NaOH溶液从d处出
D．OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量
D [由图可知，电极A产生Cl2，发生氧化反应，则电极A是阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；电极B是阴极，电极反应式为2H2O＋2e—===2OH—＋H2↑，为维持电解质溶液呈电中性，且得到NaOH溶液，Na＋通过离子交换膜向右侧移动，则应为阳离子交换膜，B项正确；由上述分析可知，饱和NaCl溶液从a处进，较浓NaOH溶液从d处流出，C项正确；由B项分析可知，Na＋透过离子交换膜向右迁移，OH－不能透过，D项错误。]
[通关3] (2021.7·浙江选考)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是( )
A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
A [溶液呈碱性，不能产生CO2，A项错误；RCOO－在阳极放电，化合价升高，发生氧化反应，B项正确；水电离产生的H＋在阴极得电子产生H2，其电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C项正确；RCOO－转化为R－R可以理解为脱去一个C和两个O，产生R—，继而产生R—R，故CH3COONa、CH3CH2COONa溶液中的CH3COO－、CH3CH2COO－，脱去一个C和两个O后，产生CH3—，CH3CH2—，继而产物可能是乙烷、丙烷、丁烷，D项正确。]
[通关4] (2020·山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
D [A项，根据题图可知a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。]
[通关5] (2021·湖南湘潭检测)利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是( )
A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
D [氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极上粗铜溶解，阴极上Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，电解质溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。]
训练(三十一) 电解原理及应用
1．(2021·陕西洛南中学检测)用石墨作电极，电解U形管中的饱和NaCl溶液(滴有酚酞溶液)，装置如图。下列叙述正确的是( )
A．通电后，NaCl发生电离
B．通电一段时间后，阳极附近溶液先变红
C．当阳极生成0.1 mol 气体时，整个电路中转移0.1 mol电子
D．电解饱和食盐水的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
D [NaCl溶于水时，在水分子作用下发生电离，不需要通电，A项错误；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，产生黄绿色气体，阳极附近溶液不变红，B项错误；阳极上生成0.1 mol Cl2时，电路中转移0.2 mol电子，C项错误；电解饱和食盐水时，阳极上析出Cl2，阴极上析出H2，电解总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，D项正确。]
2．(2021·河北武邑中学检测)下列关于如图装置说法中正确的是( )
A．保护铁时，a极为铁片，b极为锌片
B．电镀铜时，a极为镀件，b极为纯铜
C．精炼铜时，a极为粗铜，b极为纯铜
D．用石墨电解饱和食盐水时，b极有黄绿色气体产生
C [电解池中活性电极作阳极被腐蚀，阴极受到保护，故保护铁时，b极为铁片，A错误；电镀铜时，镀层铜作阳极，镀件作阴极，故a极为纯铜，b极为镀件，B错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，故a极为粗铜，b极为纯铜，C正确；用石墨电解饱和食盐水时，b极是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，产生无色无味的气体，D错误。]
3．(2020·北京海淀区一模)利用太阳能电解水制H2是解决能源危机的重要方向。采用固体氧化还原调节剂作为离子交换体系，实现H2、O2分离。下列分析正确的是( )
A．左侧电解池应选用酸性溶液，a极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．b极反应式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
C．c为阳极，发生氧化反应
D．电解一段时间后，可将b、c对调，循环利用物质
D [根据图示，左侧电解池应选用碱性溶液，连接电源负极的为阴极，则a为阴极，阴极发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项错误；连接电源负极的为阴极，则a为阴极，b为阳极，阳极失电子发生氧化反应，故电极反应方程式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，B项错误；连接电源正极的为阳极，则d为阳极，c为阴极，阴极发生还原反应，C项错误；b电极发生的反应Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，c电极发生的反应为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，故电解一段时间后，可将b、c对调，循环利用，D项正确。]
4．(2021·安徽“皖南八校”联考)用石墨电极完成下列电解实验。
实验装置
实验现象
a处试纸变蓝； b处变红，局部褪色；
c处无明显变化； d处试纸变蓝
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A．a为电解池的阴极
B．b处有氯气生成，且与水反应生成了盐酸和次氯酸
C．c处发生了反应：Fe－3e－=== Fe3＋
D．d处：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C [该装置是两个电解池的串联装置，a极与电池的负极相连，则a是电解池的阴极，A项正确；根据电池的连接方式可知，a、d是阴极，b、c极是阳极，b极的反应式为2Cl－－2e－=== Cl2↑，b处变红，局部褪色，说明Cl2与水反应生成了盐酸和次氯酸，B项正确；c极是阳极，电极反应式为Fe－2e－=== Fe2＋ ，C项错误；d处是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，溶液呈碱性而使pH试纸变蓝，D项正确。]
5．(2021·江西赣州七校联考)下列关于如图装置说法正确的是( )
A．装置中电子移动的途径是：负极→Fe→M溶液→石墨→正极
B．若M为NaCl溶液，通电一段时间后，溶液中可能有NaClO
C．若M为FeCl2溶液，可以实现石墨上镀铁
D．若M是海水，该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”使铁不被腐蚀
B [装置中电子移动的途径：负极→Fe电极，然后是溶液中的阴离子在阳极(石墨)放电→电源的正极，A项错误；若M为NaCl溶液，通电一段时间后，阳极产生Cl2，溶液中的NaOH与阳极产生的Cl2发生反应生成NaCl和NaClO，所以溶液中可能有NaClO，B项正确；若M为FeCl2溶液，在阳极，溶液中的Fe2＋失去电子变为Fe3＋，所以不可能实现石墨上镀铁，C项错误；若M是海水，该装置是电解池，是通过外加电流的阴极保护法使铁不被腐蚀，不是通过“牺牲阳极的阴极保护法”，D项错误。]
6．(2021·山东日照实验中学检测)铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的天然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高，工业中以铝为阳极，置于硫酸溶液中电解，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．阳极电极反应式为2Al－6e－＋6OH－===Al2O3＋3H2O
B．随着电解的进行，溶液的pH逐渐增大
C．当阴极生成气体3.36 L(标准状况)时，阳极增重2.4 g
D．电解过程中H＋移向铝电极
C [A项，硫酸溶液显酸性，阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋；B项，阴极反应式为6H＋＋6e－===3H2↑，电解过程中H2O减少，pH减小；D项，电解过程中H＋移向阴极(石墨极)。]
7．(2021·天津静海区四校联考)如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电能力顺序，都可能在阳极放电。下列分析正确的是( )
A．C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．C1电极处溶液首先变黄色
C．C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，2Cl－－2e－===Cl2↑
D．每当C1电极上有2 g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液
C [C1电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A项错误；C1电极处氢离子放电，溶液碱性增强，溶液不会变成黄色，B项错误；C2电极与电源的正极相连，作阳极，亚铁离子的还原性强于氯离子，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，C项正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液，D项错误。]
8．(2021·山东泰安一中检测)现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol/L的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．电解开始时阴极有H2放出
B．电解开始时阳极上发生：Cu2＋＋2e－===Cu
C．整个电解过程中，SO不参与电极反应
D．当电路中通过电子的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化
C [由于阳离子的氧化性：Cu2＋>H＋，电解开始时，Cu2＋先在阴极放电，故阴极上有Cu析出，A项错误；由于阴离子的还原性：Cl－>OH－>SO，则电解开始阶段阳极上Cl－放电，电极反应式为2Cl－－2e－=== Cl2↑，B项错误；由于还原性：Cl－>OH－>SO，整个电解过程中，阳极上Cl－、OH－先后放电，SO不能放电，故SO不参与电极反应，C项正确；混合液中含有0.1 mol HCl和0.1 mol CuSO4，阴极上先发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过0.1 mol电子时，消耗0.05 mol Cu2＋，混合液中还剩余0.05 mol Cu2＋，故通过电子的量超过0.1 mol时，阴极放电的离子未发生变化，D项错误。]
9．(2021·四川攀枝花检测)高铁酸盐在环保能源领域有广泛的用途。用镍(Ni)、铁作电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示。下列推断合理的是( )
A．Fe电极是阳极，电极反应式Fe＋4H2O－6e－===FeO＋8H＋
B．电解时电子流向：负极→Ni电极→电解液→Fe电极→正极
C．若隔膜为阴离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中含有FeO
D．电解时阳极区pH减小、阴极区pH增大，撤去隔膜，溶液混合后，与原溶液相比，pH减小(忽略体积变化)
D [利用该电解装置制备Na2FeO4，Fe电极与直流电源的正极相连，则Fe电极是阳极，由于电解质溶液是NaOH溶液，故阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，A项错误；电子只在电极和导线上流动，不能进入电解质溶液，B项错误；阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，若隔膜为阴离子交换膜，为维持电解质溶液呈电中性，阴极产生的OH－通过隔膜向右侧移动，故电解结束后右侧溶液中含有FeO，C项错误；电解时阳极消耗OH－，阴极生成OH－，则阳极区pH减小、阴极区pH增大；据得失电子守恒可知，转移电子相等时，阳极消耗OH－比阴极生成OH－要多，撤去隔膜，溶液混合后，溶液的碱性减弱，则与原溶液相比，pH减小，D项正确。]
10．(2021·辽宁沈阳六校联考)海水提取金属锂的装置如图所示，工作时，在电极c依次检测到两种气体。下列说法正确的是( )
A．电子的流向：电极d→电极b→电极a→电极c
B．离子交换膜为质子交换膜
C．丁基锂可用LiNO3水溶液代替
D．若导线中转移1 mol电子，则电极c产生气体的质量在8 g和35.5 g之间
D [海水中含有Cl－、OH－、SO等阴离子，工作时，在电极c依次检测到两种气体，这两种气体应为Cl2和O2，则电极c是阳极，电极a是正极，故电子的流向：电极b→电极d，电极c→电极a，A项错误；海水中的Li＋通过离子交换膜进入丁基锂，并在电极d发生还原反应生成锂，则离子交换膜是阳离子交换膜，B项错误；电极d发生的反应是Li＋＋e－===Li，Li与水反应生成LiOH和H2，故丁基锂不能用LiNO3水溶液代替，C项错误；电极c上发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，转移1 mol电子时，若只析出Cl2，可得到0.5 mol Cl2，质量为35.5 g；若只析出O2，可得到0.25 mol O2，质量为8 g，由于c极得到Cl2和O2混合气体，故气体的质量介于8 g和35.5 g之间，D项正确。]
11．(2021·福建三明质检)锂钒氧化物二次电池成本较低，且对环境无污染，其充放电的反应方程式为V2O5＋xLiLixV2O5。下图为用该电池电解含镍酸性废水制取单质镍的装置。下列说法正确的是( )
A．该电池充电时，负极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋
B．该电池可以用LiCl水溶液作电解质溶液
C．当电池中有7 g Li参与放电时，能得到59 g Ni
D．电解过程中，NaCl溶液的浓度会不断增大
D [锂钒氧化物电池充电时，负极连接外加电源的负极作电解池的阴极，发生的电极反应式为Li＋＋e－===＋Li，A项错误；Li是活泼金属，能与水反应，故该锂钒氧化物电池不能用LiCl水溶液作电解质溶液，B项错误；该电池放电时，负极反应式为Li－e－===Li＋，有7 g Li(即1 mol)参与放电时，电路中转移1 mol电子；镀镍铁棒发生的反应为Ni2＋＋2e—===Ni，通过1 mol电子时析出0.5 mol Ni，其质量为0.5 mol×59 g/mol＝29.5 g，C项错误；电解过程中，阴极区Cl－透过阴离子膜向NaCl溶液中迁移，阳极区Na＋透过阳离子膜向NaCl溶液中迁移，故NaCl溶液的浓度不断增大，D项正确。]
12．(2021·山东菏泽期初调研)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，是一种强还原剂。工业常用惰性电极电解亚硫酸氢钠的方法制备连二亚硫酸钠，原理装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．b电极应该接电源的负极
B．装置中所用离子交换膜为阴离子交换膜
C．电路中每转移1 mol e－消耗SO2的体积为11.2 L
D．a电极的电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O
D [由装置图中物质转化关系可知，左边由 NaHSO3得到电子转化为Na2S2O4，右边由SO2失去电子转化为H2SO4，所以a电极接电源的负极，b电极接电源的正极，A项错误；a电极的反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，b电极的反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，所以装置中离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；由电极反应式可知，每转移1 mol e－消耗0.5 mol SO2，但没有给出气体的温度和压强，所以SO2气体的体积无法计算，C项错误；a电极的电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，D项正确。]
13．(2021·黑龙江哈尔滨六中检测)氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀，可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去Cl－，装置如图，下列说法错误的是( )
A．钢筋接电源的正极
B．金属导电网上发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．混凝土中的钙离子向钢筋方向移动
D．电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大
A [由Cl－移动的方向可知钢筋接电源的负极，A项错误；金属导电网为阳极，发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，B项正确； 混凝土一端为阴极，钙离子为阳离子，所以向钢筋方向移动，C项正确；钢筋附近发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大，D项正确。]
14．(2021·江西九江六校联考)最近某科研小组创建了一种通过连续电解将能量储存为化学能的装置。在氧化钇基质的阳极和二氧化钛涂覆的钛阴极之间是可通过H＋的固体聚合物电解质，其结构如图所示。下列说法正确的是( )
A．电源的b极为负极
B．在能量转化过程中，固体电解质中H＋由阴极向阳极移动
C．阴极的电极反应式为：OX＋4H＋＋4e－===GC＋H2O
D．为增强阳极电解液导电性，可在水中添加适量盐酸或NaCl
C [右侧电极发生氧化反应生成O2，该电极为阳极，则b极为电源的正极，A项错误；电解池中阳离子向阴极移动，则固体电解质中H＋由阳极向阴极移动，B项错误； 阴极上OX发生还原反应生成GC，电极反应式为OX＋4H＋＋4e－===GC＋H2O，C项正确；阳极电解液中添加适量盐酸或NaCl，Cl－在阳极放电生成有毒气体Cl2，易污染环境，D项错误。]
15．(1)(2020·全国卷Ⅱ，26(1))氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许______离子通过，氯气的逸出口是________(填标号)。
(2)(2020·全国卷Ⅱ，28(3))CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：
①阴极上的反应式为______________________。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。
解析 (1)根据图示，电解食盐水制备氯气时，阳极产生氯气，从a口逸出，阴极产生OH－，为了防止阴极产生的OH－与阳极产生的Cl2反应，中间的离子交换膜只允许Na＋通过，即为阳离子交换膜；(2)①根据图示，阴极反应物为CO2，电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－；②阳极反应式为6CH4＋5O2－－10e－===CH3CH3＋2C2H4＋5H2O；根据电子守恒，6CH4～10e－～5CO2，消耗的CH4与CO2体积之比为6∶5。
答案 (1)Na＋ a (2)①CO2＋2e－===CO＋O2－ ②6∶5
16．(1)(2019·全国卷Ⅱ，27(4))环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为________，总反应为________________________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为__________________________________________。
(2)(2019·全国卷Ⅲ，28(4))在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：
负极区发生的反应有___________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
解析 (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总反应方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
(2)由题图知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗 mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L/mol＝5.6 L。
答案 (1)Fe电极 Fe＋2===＋H2↑[或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
(2)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
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